Denna rapport redogör för ett projekt inom området industriell teknik och hållbarhet. Studien utreder möjligheten att tillämpa en förnyelsebar energikälla där solenergi skall utvinnas genom solceller. Energin som utvinns skall till en viss grad leda till energiförsörjning hos Rosendals Trädgård. Verksamhet har valts som ett hypotetiskt förslag på hur man kan anpassa, beräkna och implementera solceller. För att uppnå ett realistiskt förslag har företaget HP Solartech används som ett “verktyg” och teoretiskt stöd kring solcellstekniker och beräkningsmodeller. Syftet med detta projekt var att ta fram beslutsunderlag för Rosendal, med hjälp av att använda HP Solartechs simuleringsprogram för solcellsanläggningar. Resultatet visade att en solcellsanläggning på Rosendal skulle täcka 24% av den årliga energiförbrukningen och ge en kostnadsbesparing på SEK 160 900. / This report describes a project concerning the area within industrial technology and sustainability. The research investigates the possibility to apply a renewable energy source utilizing solar energy through solar cells. The energy that extracts shall, to a certain extent, be applied as an energy source to the establishment Rosendals Trädgård. Rosendals Trädgård was chosen as a hypothetical example of how an implementation of an organization can be successful. The company HP solartech was a leading hand during the study since they attain professional knowledge within this subject. In order to make the study accurate, HP solartech supported the data by sharing the ground theories about solar energy, the difficult calculations and the implementation of solar cells. With their guiding and support, valuable facts and results was attained. The aim to this project is to present a proposition to Rosendals Trädgråd with support from HP solartech. The result for Rosendal turned out to a production of solar energy that covers 24% of their current energy consumption and an economical saving of SEK 160 900 annually.

Detta arbete handlar om att prediktera energiproduktion för en solcellsanläggning som är installerat på ett flerbostadshus i Karlstad. Syftet är att skapa en modell som tar data från föregående dygn som input och baserad på det  predikterar solenergiproduktionen 1h framåt. För att uppnå arbetets syfte presenteras teorier om maskininlärning och statistiska utvärderingsmetoder. Modellen implementeras med hjälp av programkod i toolboxen deep learning i MATLAB. Där tränas det på tidigare data för att hitta någon form av mönster och baserad på det prediktera energiproduktionen för 1h framåt givet energiproduktionen från föregående 24h. Algoritmen som används i arbetet är LSTM. I arbetet undersöks också hur mycket data bakåt i tiden som modellen behöver tränas på för att predikteringen ska ge en god indikation på energiproducering. Resultatet visar att bästa modell erhålls genom att träna modellen med 1års data bakåt i tiden med specifika nätverksinställningar . Vidare, ger modellen en MAE på 0.998kWh och en RMSE på 1.765kWh. / This project is about predicting energy production for a photovoltaic system that is installed on a building in Karlstad. The aim is to create a model that takes data from the previous day as input and based on that predicts solar energy production 1h ahead. To achieve the purpose of the work, theories on machine learning as well as statistical evaluation methods are presented. The model is implemented using program code in deep learning toolbox in MATLAB. There, it is trained on previous data to find some pattern in the data and based on that predict energy production for 1h ahead given the energy production from the previous 24h. The algorithm used in the project is LSTM. The project also examines how much data back in time the model needs to be trained on to give a good indication of solar energy production. The results show that the best model derives from training models with 1 year of historic data and with specific network settings. Furthermore, models provide an MAE of 0.998kWh and an RMSE of 1.765kWh.

Due to a rising land demand for the construction of large-scale PV-systems, there is increasing competition between energy and food production. A new emerging segment within the PV market called agrivoltaics is providing a contributing solution to this issue by co-using the land for both crop cultivation and PV energy. Agrivoltaics is a relatively new application in Sweden, so far there is only one research site in Kärrbo Prästgård, Västerås, which was built in 2020. This thesis aims to examine how the basic layout of a PV system affects the irradiance distribution of an agrivoltaic system located in Sweden. With the aim of reaching an effective light sharing to provide the crops with acceptable growing conditions while producing as much electricity as possible. Methodologically, this was done by performing optical light simulations for a big number of different PV layouts. The results show how the module row distance and the array height have the most significant influence on the total irradiance distribution throughout the year. Furthermore, by altering the clearance height and the system azimuth, the irradiance uniformity on the ground can be improved, which results in more similar growing conditions for all the cultivated crops. Arguments are also given for why it is helpful to consider the temporal distribution of the ground irradiance. This thesis has shown that there are PV system layouts that provide low degrees of shading for the crops cultivated on the ground beneath the modules. However, if agrivoltaics is a suitable application for the Swedish climate or not is still an open question. Economic analysis is needed to examine the profitability of agrivoltaic systems in Sweden, and experimental studies on how the shading from the PV modules affect the crop growth in practice would also be useful. In the result section, there are some example layouts given for different degrees of tolerated ground shading which can be used when planning for future agrivoltaic parks. The results generated in the optical light simulations will be accessible for future research. These data files can be found attached together with this report on the DiVA portal.

The provision of a sustainable energy supply is one of the most important issues facing humanity at the current time, given the strong dependence of social and economic prosperity on the availability of affordable energy and the growing environmental concerns about its production. Solar thermal power has established itself as a viable source of renewable power, capable of generating electricity at some of the most economically attractive rates. Solar thermal power plants are based largely on conventional Rankine-cycle power generation equipment, reducing the technological risk involved in the initial investment. Nevertheless, due to the variable nature of the solar supply, this equipment is subjected to a greater range of operating conditions than would be the case in conventional systems. The necessity of maintaining the operational life of the steam-turbines places limits on the speed at which they can be started once the solar supply becomes available. However, in order to harvest as much as possible of the Sun’s energy, the turbines should be started as quickly as is possible. The limiting factor in start-up speed being the temperature of the metal within the turbines before start-up, methods have been studied to keep the turbines as warm as possible during idle-periods. A detailed model of the steam-turbines in a solar thermal power plant has been elaborated and validated against experimental data from an existing power plant. A dynamic system model of the remainder of the plant has also been developed in order to provide input to the steam-turbine model. Three modifications that could potentially maintain the internal temperature of the steam-turbines have been analysed: installation of additional insulation, increasing the temperature of the gland steam and use of external heating blankets. A combination of heat blankets and gland steam temperature increase was shown to be the most effective, with increases in electricity production of up to 3% predicted on an annual basis through increased availability of the solar power plant. / Hållbar energiförsörjning är för närvarande en av de viktigaste frågorna för mänskligheten. Socialt och ekonomiskt välstånd är starkt kopplat till rimliga energipriser och hållbar energiproduktion. Koncentrerad solenergi är nu etablerad som en tillförlitlig källa av förnybar energi och är också ett ekonomiskt attraktivt alternativ. Koncentrerade solenergikraftverk bygger till stor del på konventionella Rankine-cykel elgeneratorer, vilka minskar de tekniskt relaterade riskerna i den initiala investeringen. På grund av solstrålningens skiftande karaktär utsätts denna utrustning för mer varierade driftsförhållanden, jämfört med konventionella system. Behovet av att bibehålla den operativa livslängden på ångturbiner sätter gränser för uppstartshastigheten. För att utnyttja så mycket som möjligt av solens energi bör ångturbinen startas så snabbt som möjligt när solstrålningen blir tillgänglig. Eftersom temperaturen i metalldelar hos turbinerna är den begränsande faktorn, har metoder studerats för att hålla turbinerna så varma som möjligt under tomgångsperioder. En detaljerad modell av ångturbiner i ett solenergikraftverk har utvecklats och validerats mot experimentella data från ett befintligt kraftverk. En dynamisk systemmodell av de övriga delarna av anläggningen har också utvecklats för att ge input till ångturbinsmodellen. Tre modifieringar som potentiellt kan bidra till att upprätthålla den inre temperaturen i ångturbiner har analyserats: montering av ytterligare isolering, ökning av temperaturen hos glänsångan och användning av elvärmefiltar. En kombination av elvärmefiltar och en temperaturökning av glänsångan visade sig vara det mest effektiva alternativet. Åtgärderna resulterade i en ökad elproduktion på upp till 3%, beräknat på årsbasis genom ökad tillgänglighet hos kraftverket. / QC 20110629 / TURBOKRAFT

The Swedish government has set a target of a 100% renewable electricity system by 2040. To reach this goal, many actions have to be undertaken. Electrification of buildings is one action to be undertaken as the residential sector accounts for a large share of greenhouse gas emissions, where the most energy efficient method is to use heat pumps. Ground Source Heat Pumps typically have the highest efficiency out of the different heat pumps. These types of heat pumps are most commonly used in single family houses, as multi-family houses often are located in highly densely areas. However, when adding hybrid PV/thermal collectors to ground source heat pump systems, studies have shown that the borehole drilling area can be reduced, which increases the potential for combined PV/thermal collectors and ground source heat pump systems in multi-family areas.  In this project, a time-efficient, flexible and user- friendly model was developed to increase the potential for designing combined PV/thermal collectors and ground source heat pump systems. The model is based on the research model by Sommerfeldt and Madani (2019), where the flexibility and time step of the model was investigated and adjusted. The finished model was verified to the model by Sommerfelt and Madani (2019). Overall, the results show that the new model gives similar results to the original model, despite all adjustments. The heaviest adjustments were made in the heat pump where the quantitative results show a mean bias error of -0.51 kWh and a total yearly difference of -5.18% for the compressor power. The corresponding values for the condenser heating rate are -1.05 kWh and -2.86%. The user is able to change boundary conditions such as location, PVT array, building size, and borehole field size. The model takes approximately 2 minutes to run for a 20 years simulation on a business grade desktop computer, which is a five-hour twenty minute reduction from the original research model and assumed to be an acceptable time range for a commercial applications. / Regeringen har satt ett mål om att nå ett 100% förnybart energisystem till 2040. För att nå målet måste många insatser göras. Bostadssektorn står för höga halter av växthusgasutsläpp och elektrifiering av sektorn är en lovande väg att gå. Värmepumpar tillhör de mer energieffektiva tillvägagångssätten, av vilka bergvärmepumpar oftast erhåller den högsta effektiviteten. Bergvärmepumpar är idag mestadels installerat i enfamiljshus där det finns utrymme för att borra borrhål. Flerfamiljshus finns ofta i tätbebyggda områden där ytan tillgänglig för borrhål är begränsad. Emellertid har studier har visat att kombinerade PVT och bergvärmesystem kan minska borrhålsytorna, vilket ökar möjligheten för dessa typ av system även till flerfamiljshus.  Detta projekt syftar till att utveckla en kommersiell modell för design av PVT och bergvärmesystem för att underlätta design av dessa system. Att modellen är kommersiell antyder på att den är användarvänlig, flexibel och tidseffektiv. Modellen är baserad på en forskningsmodell av Sommerfeldt och Madani (2019) men justerades för att möta kraven för en kommersiell modell. Den färdiga modellen jämfördes och verifierades med modellen av Sommerfeldt och Madani (2019). Övergripande visades resultat som är jämförbara med forskningsmodellen, trots alla justeringar. De största justeringarna gjordes i värmepumpen där de kvantitativa resultaten visar ett mean bias error på -0.51 kWh och en årlig skillnad på -5.18% för elbehovet i kompressorn. Motsvarande värden för värmeutbytet i kondensorn är -1.05 kWh och -2.86%. Användaren har möjlighet att ändra gränsvillkor så som geografisk plats, PVT system, byggnadsstorlek och storleken på borrhålsfältet. Den färdiga modellen tar cirka två minuter att köra för en 20-års simulering på en typisk arbetsdator, vilket motsvarar en minskning på 5 timmar och 20 minuter jämfört med originalmodellen. Detta kan anses vara inom tidsramen för kommersiella appliceringar.

This Master thesis, in collaboration with Morgonsol Väst AB, was completed as a part of the Solar Energy engineering program at Dalarna University. It analyses the electrical and thermal performance of a prototype PVT collector developed by Morgonsol Väst AB. By following the standards EN 12975 and EN ISO 9806 as guides, the thermal tests of the collector were completed at the facility in Borlänge. The electrical performance of the PVT collector was evaluated by comparing it to a reference PV panel fitted next to it. The result from the tests shows an improved electrical performance of the PVT collector caused by the cooling and a thermal performance described by the linear efficiency curve ηth=0.53-21.6(Tm-Ta/G). The experimental work in this thesis is an initial study of the prototype PVT collector that will supply Morgonsol Väst with important data for future development and research of the product.

Today, buildings utilize 40 % of the total energy consumption. New energyrestrictions and directives have entered the construction industry. Photovoltaic is asustainable, clean and quiet solution that integrates well in the urban environment buthave not yet reached a breakthrough on the Swedish market. The conditions for solarenergy production are often set in the early planning stages where they rarely arebeing prioritized.This master of engineering project focuses on identifying problems regardingimplementation of photovoltaic in city development projects and giving suggestions topossible improvements in the planning- and construction process. It also givesrecommendations on how the conditions for energy production can be optimized inthe early zoning stage.By conducting simulations with PVsystV5.21, on three ongoing city developmentprojects in Umeå, Malmö and Stockholm and by carry out and analyzing interviewswith city planners, constructors and architects, some conclusions have been made.Several improvements, both politically, with changes in the subsidization systemand/or instatement of a new law with feed-in tariffs, and within the solar- andconstruction industry itself, with better communication between different parts of theprocess as well as better use of experience, can be made. By including photovoltaic inthe local plan it is possible to give a region large areas with orientation toward south,increasing the solar energy potential with up to 50 % which also increase themotivation for implementing photovoltaic in the project. These are essential for asignificant increase of photovoltaic in city development.

Nearly all the 1.3 billion people in the world with no electricity access live in developing countries. On the one hand, electricity is a basic need. On the other hand, the environment should not be further damaged. Thus, sustainable electricity in developing countries is clearly needed. The aim of this dissertation is to analyse the mechanism of the diffusion and adoption of renewable electricity with particular focus on rural electrification among low-income inhabitants in developing countries. The dissertation is comprised of a cover essay and six appended papers with a mix of qualitative and quantitative methods based on several means of data collection. The first paper describes diffusion theory through a novel bibliometric tool. This novel method provides an overview, structure, and explanation of a large research area; complements a traditional literature review; and can be applied to any knowledge field. Here, the structure of the recent development of diffusion research, together with its application, are presented. With a specific focus on rural electrification among low-income inhabitants in developing countries, the diffusion framework is empirically applied with complementary concepts in the second, third, and fourth papers, based on three different cases. One case study investigates the adoption of electricity among rural inhabitants in Uganda and shows that a foreign company can be an important player in the rural electrification effort. Another case study addresses a large dissemination of photovoltaic systems provided by a local firm in Bangladesh and reveals that the diffusion of renewable energy can be effectively undertaken by a private local firm, rather than waiting for full government support or large multi-national corporations. The other case study discusses a small-scale diffusion of photovoltaic systems in a remote region in Thailand and presents an extreme case where full government support is necessary. In addition, through a systematic literature review, the barriers to adoption of photovoltaic systems are identified in the fifth paper, highlighting several remaining challenges. In the last paper, issues related to the transition to using photovoltaic systems in off-grid communities are discussed. The diffusion mechanism of renewable electricity has been shown to be a highly complicated process, having several unforeseeable and context-specific factors. A technology with superior qualities does not diffuse by itself but requires tremendous effort and close collaboration on the part of stakeholders. There are complex relations, on the one hand, between technology and society and, on the other hand, between technology providers and adopters. No single, fast, or straightforward remedy can address the complex nature of diffusion of renewable electricity in rural communities. Therefore, understanding the local context is highly important, indicating the need for empirical investigation. This dissertation offers several contributions concerning methodological, theoretical, empirical, managerial and policy. It also provides implications that may be relevant for actors who attempt to introduce, disseminate, and manage new energy technologies in rural communities. / Nästan alla av de 1,3 miljarder människor som inte har tillgång till el bor i utvecklingsländer. Å ena sidan är el ett grundläggande behov. Å andra sidan bör miljön inte skadas ytterligare. Det finns således ett behov av förnybar el i utvecklingsländer. Avhandlingens syfte är att analysera mekanismerna bakom diffusion och införande av förnybar el med särskilt fokus på elektrifiering av landsbygden bland låginkomsttagare i utvecklingsländer. Avhandlingen består av en kappa och sex bifogade artiklar som är baserade på en blandning av kvalitativa och kvantitativa metoder och innehåller flera olika typer av datainsamling. Den första artikeln beskriver diffusionsteori genom ett nytt bibliometriskt verktyg. Denna nya metod ger översikt, struktur, och förklaring till ett stort forskningsområde; den kompletterar en mer traditionell litteraturöversikt och kan tillämpas oavsett kunskapsområde. Här presenteras strukturen av den senaste utvecklingen inom diffusionsteori tillsammans med dess applikationsområden. Med ett särskilt fokus på landsbygdselektrifiering bland låginkomsttagare i utvecklingsländer tillämpas diffusionsramverket empiriskt med kompletterande koncept i den andra, tredje, och fjärde artikeln. Dessa artiklar är baserade på tre olika fallstudier. En fallstudie berör elektrifiering på landsbygden i Uganda och visar att utländska företag kan vara en viktig aktör i denna process. En annan fallstudie tar upp spridning av solcellssystem i stor skala som utförs av ett lokalt företag i Bangladesh och visar att spridning av förnybar energi effektivt kan genomföras av privata lokala företag, snarare än att vänta på statligt stöd eller stora multinationella företag. Den sista fallstudien diskuterar småskalig spridning av solcellssystem i en avlägsen region i Thailand och representerar ett extremfall som behöver full finansiering från staten. I den femte artikeln har hindren för införandet av solcellssystem identifierats genom en systematisk litteraturöversikt, artikeln belyser också många kvarstående utmaningar. Den sista artikeln diskuterar frågor som rör övergången till, samt användandet av solcellssystem i områden som inte är anslutna till elnätet. Diffusionsprocessen för förnybar el har visat sig vara mycket komplicerad med flera oförutsedda och kontextspecifika faktorer. Teknik med överlägsna egenskaper kan inte spridas av sig självt utan kräver stora ansträngningar och nära samarbete mellan de inblandade aktörerna. Det är komplexa relationer, å ena sidan mellan teknik och samhälle och å andra sidan mellan teknikleverantörer och användare. Det finns inte en perfekt, snabb eller enkel åtgärd för att ta itu med den komplexa karaktären av diffusion av förnybar el på landsbygden. Därför är förståelsen för den lokala kontexten av stor betydelse och detta understryker behovet av empiriska studier. Denna avhandling bidrar med kunskap som täcker områden som metodologi, teori, empiri, ledarskap och politik. Studien visar även på relevanta implikationer för de aktörer som försöker införa, sprida och hantera ny energiteknik till landsbygden. / <p>QC 20150518</p>

I det här examensarbetet dimensioneras en solcellsanläggning med batteribank till fyra kolonistugor som kommer att vara bebodda under sommarhalvåret på Wij Trädgårdar i Ockelbo. Den förväntade elanvändningen beräknas för två olika brukarbeteenden. Ett brukarbeteende där hushållsapparater med höga effekter (exempelvis mikrovågsugn) förväntas ha kortare drifttider vilket resulterar i lägre krav på installerad solcellseffekt samt en mindre batteribank.För den kemiska energilagringen i en batteribank undersöks flera olika typer av uppladdningsbara batterier. AGM blyackumulatorn är det batteri som anses vara lämpligt för kemisk energilagring i solcellssystemet och som har använts vid dimensioneringen av batteribanken. Vidare undersöks möjligheterna att lagra elektricitet småskaligt genom pumpat vatten till ett vattenmagasin, som ett komplement till energilagringen i batteribanken. Genom ett vattenlagringssystem kan överskottselen från solcellerna användas för att pumpa upp vatten till ett vattenmagasin på en högre höjd och därmed lagras genom lägesenergi. När det finns ett behov av elektricitet och den lagrade energin i batteribanken inte är tillräcklig kan vattnet flöda genom en vattenturbin som genererar el till batteribanken och lasterna. Ett vattenlagringssystem kan skydda batteribanken från djupare urladdningar, vilket kan öka batteriernas livslängd i form av antalet laddningscykler, samt ta tillvara överskottselen från solcellerna i större utsträckning. Batteribanken står för en stor del av inköpskostnaden och det finns både miljömässiga och ekonomiskt starka incitament att hitta sätt att förlänga batteribankens livslängd. / In this bachelor thesis is the size of a battery bank and the demand of photovoltaic power to supply electricity to four off-grid cottages calculated, which are occupied during the summer months at Wij Trädgårdar in Ockelbo. The expected electricity demand of the households is calculated for two different user patterns. In one of the user patterns the household appliances with a high power demand (for example microwave) are expected to have a shorter daily usage time, which results in a considerable lower purchase cost as a result from lower power demand of installed photovoltaic and a smaller battery bank. For the battery bank have different rechargeable batteries been investigated. The AGM Lead-Acid battery is found to be the most suitable rechargeable battery for chemical energy storage in this photovoltaic system. Furthermore the possibilities of pumping water to a water reservoir and store as potential energy as a complement to the energy storage in the battery bank have been investigated and discussed. Through a small-scale pumped hydro storage the surplus electricity from the photovoltaic can be used to pump up water to a reservoir at a higher altitude and be stored as potential energy. When there is a demand of electricity and the energy stored in the battery bank is not enough the water can be used in a small-scale water turbine, which generates electricity t the battery bank and the loads. A pumped hydro storage can protect the battery bank from deeper discharge, which otherwise can reduce the lifetime of the batteries, and extend the number of charge and discharge cycles the batteries can manage. The battery bank represents a large part of the purchase costs and there are strong environmental and economical incentives to prolong the lifetime of the battery bank.

Absolicon Solar Collector AB in Härnösand, Sweden, develops concentrating solar collectors with a parabolic trough. In the solar collector trough, there is thermal loss due to convection. A convection suppressor was made and used as a method to reduce thermal loss due to convection in the trough. The objective of the project was to evaluate the convection suppressor for solar collectors with a parabolic trough and its impact on the performance (thermal loss characteristics) in two different orientations of the trough, horizontal and inclined. The performance of the solar collector was first measured without the convection suppressor; these results were compared to two previous quasi-dynamical tests of the solar collector performance made by two different institutes, Research Institute of Sweden and SPF Institut für Solartechnik (Switzerland). The comparison was made to validate the test results from the tests without the convection suppressor, which matched. Secondly, when the convection suppressor was made and tested in the two different orientations, the results of the performance with and without the convection suppressor was evaluated as well as the convection suppressor itself. The results showed a significant improvement of the solar collector performance in the aspect of reduced thermal loss when the convection suppressor was used, hence higher efficiency. / Absolicon Solar Collector AB I Härnösand, Sverige, utvecklar koncentrerande solfångare med ett paraboliskt tråg. I solfångarens tråg uppstår termiska förluster som en följd av konvektion. En konvektionsreducerare tillverkades och användes som metod för att minska de termiska förlusterna i tråget. Målet med projektet var att testa och utvärdera konvektionsreduceraren för koncentrerande solfångare med ett paraboliskt tråg samt dess inverkan på verkningsgraden i två olika positioner för tråget, horisontell och lutande. För att kunna mäta konvektionsreducerarens inverkan på solfångaren mättes först solfångarens prestanda utan konvektionsreduceraren i de två olika positionerna, detta resultat användes som referens efter validering. Valideringen gjordes genom att resultatet jämfördes sedan med två andra prestandamätningar (quasi-dynamical test) av solfångaren gjorda av två olika institut, Research Institute of Sweden och SPF Institut für Solartechnik (Schweiz). Därefter, när konvektionsreduceraren var tillverkat och testad i de olika positionerna på samma sätt som mätningarna utan konvektionsreducerare, jämfördes resultaten med och utan konvektionsreducerareet samt att en utvärdering gjordes av dess inverkan. Resultatet visade en signifikant förbättring av solfångarens prestanda i form av minskade termiska förluster när konvektionsreduceraren användes och därav ökad verkningsgrad.